CN103412178B - 一种用于电介质材料的多通道热刺激电流测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电介质材料的多通道热刺激电流测量装置，属于绝缘材料性能测试技术领域。本装置包括真空保温桶和测量腔体，测量腔体置于真空保温桶内，两者之间装有液氮。测量腔体上设有顶盖，顶盖上设有支柱、抽真空阀门和真空插头，支柱内设有电缆导芯。测量腔体内固定柱固定在顶盖上，上、下隔板，上、下固定板等与固定柱相对固定，导电柱与上、下隔板相对固定，并与电缆导芯相连通。导电圆板与上固定板固定，并与导电柱相连通。上电极支柱、上电极、下电极和下电极支柱同轴安装后固定在上固定板和下固定板之间。本测量装置大大缩短相同试样数量所需要的测量时间，试样平均液氮消耗量也大为降低，从实验效率和测量成本上均有明显改善。

Description

一种用于电介质材料的多通道热刺激电流测量装置

技术领域

本发明涉及一种用于电介质材料的多通道热刺激电流测量装置，属于绝缘材料性能测试技术领域。

背景技术

电介质材料的介电和导电特性以及电荷存贮特性与其中载流子种类、数量、性质、所处状态及其在电、光、热等各种刺激下的行为密切相关。电荷存贮和输运过程的研究，对电介质材料宏观电性能所对应的微观结构机理的研究和电介质材料改性及新型电介质材料的研究至关重要。热刺激电流法是进行这一研究最常用也是最有效的工具之一。热刺激电流法是在介质物理基础上发展起来的一门技术，用于测量物质（如电介质、绝缘材料）的微观参数（如活化能、弛豫时间、陷阱能级分布等），至今在国内外已成为一种基本的测量方法，其特点是测量灵敏度和分辨率高，测量准确。

但热刺激电流测量技术要得到进一步发展和更广泛应用必须解决的一个关键问题就是实验的可重复性。对无机材料来说，热刺激电流实验的重复性相对好一些，但对聚合物介质来说，重复性很差。一般情况下，只有热刺激曲线的峰温勉强可以重复，峰的形状和电流大小都很难重复。重复性差的原因在以下几个方面：（1）快速冷却冻结极化过程的影响。该过程旨在使注入电荷保持热的不平衡状态，如果冷却速度快慢不同，就会有不同的热刺激松弛过程发生，从而引起陷阱填充状态的差异，即使后续实验条件完全相同，也无法保证热刺激电流谱图的重复性。（2）升温过程的影响。热刺激电流实验中，一般都采用线性升温的方式对极化介质进行热刺激，如果升温起始温度或升温线性度不同，那么施加在试样上的热刺激作用就不同，相应的热刺激过程就不同了。（3）试样极化时间的影响。如果两次实验电场极化时间不同，那么在同样条件下注入载流子的数量及其分布就可能不同，对陷阱的填充也就不同，导致陷阱电荷的分布和内电场的不同，因而所引起的热刺激过程也就不同，热刺激电流谱图当然就不同。现有的热刺激电流测量装置均是针对单一试样进行测试，除了以上三个方面导致的实验重复性差的问题，还存在实验效率低（测试时间长）和消耗大（液氮消耗量大）的不足。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于电介质材料的多通道热刺激电流测量装置，改变已有测量装置的结构，采用多通道的方法，在保证实验条件一致的前提下，同时对多个试样进行测试，进而提高实验效率和可重复性，并降低实验消耗。

本发明提出的用于电介质材料的多通道热刺激电流测量装置，包括真空保温桶和测量腔体，所述的测量腔体置于真空保温桶内，测量腔体与真空保温桶之间装有液氮；所述的测量腔体上设有顶盖，顶盖与测量腔体之间设有密封圈，顶盖和测量腔体通过螺钉固定，顶盖上设有支柱、抽真空阀门和真空插头，支柱内设有电缆导芯，电缆导芯通过上、下密封块固定在支柱内；测量腔体内设有多根固定柱、上隔板、下隔板、导电柱、导电圆板，上固定板、下固定板、上电极、下电极、上电极支柱、下电极支柱、加热片、弹簧和温度传感器；所述的多根固定柱的上端部固定在测量腔体的顶盖上，所述的上隔板、下隔板、上固定板和下固定板依次由上而下分别与固定柱相对固定；所述的导电柱的上部与上隔板和下隔板相对固定，导电柱通过导线与穿过支柱的电缆导芯相连通；所述的导电圆板与上固定板相对固定，导电圆板与所述的导电柱相连通；所述的上电极支柱、上电极、下电极和下电极支柱依次由上而下同轴安装后固定在上固定板和下固定板之间，上电极支柱的端部与导电圆板相连通，被测电介质材料置于上电极和下电极之间；所述的加热片与下隔板、上固定板和下固定板相对固定；所述的温度传感器固定在下电极上；所述的弹簧套装在下电极支柱上。

本发明提出的用于电介质材料的多通道热刺激电流测量装置，其优点是解决了已有技术中单试样热刺激电流测量存在的重复性差的问题，在保证干扰信号屏蔽和测量精度的情况下，能够通过一次测量，得到多个电介质材料试样的热刺激电流谱图。由于相同的测量条件，即保证各试样在热刺激电流测量过程中电压幅值、加压时间、快速冷却冻结极化过程和线性升温过程相同，因此大大提高了测量条件的一致性和测量结果的准确性。同时，大大缩短相同试样数量所需要的测量时间，试样平均液氮消耗量也大为降低，从实验效率和测量成本上均有明显改善。

附图说明

图1为本发明提出的用于电介质材料的多通道热刺激电流测量装置结构示意图。

图1中，1是电缆导芯，2是密封块，3是支柱，4是顶盖，5是抽真空阀门，6是真空插头，7是螺钉，8是密封圈，9是真空保温桶，10是固定柱，11是上隔板，12是液氮，13是下隔板，14是导电圆板，15是上固定板，16是上电极支柱，17是加热片，18是弹簧，19是下固定板，20是下电极支柱，21是导电柱，22是上电极，23是被测电介质材料，24是温度传感器，25是下电极，26是测量腔体。

具体实施方式

本发明提出的用于电介质材料的多通道热刺激电流测量装置，其结构如图1所示，包括真空保温桶9和测量腔体26，测量腔体26置于真空保温桶9内，测量腔体26与真空保温桶9之间装有液氮12。测量腔体26上设有顶盖4，顶盖4与测量腔体26之间设有密封圈8，顶盖4和测量腔体26通过螺钉7固定，顶盖4上设有支柱3、抽真空阀门5和真空插头6，支柱3内设有电缆导芯1，电缆导芯1通过上、下密封块2固定在支柱3内。测量腔体26内设有多根固定柱10、上隔板11、下隔板13、导电柱21、导电圆板14、上固定板15、下固定板19、上电极22、下电极25、上电极支柱16、下电极支柱20、加热片17、弹簧18和温度传感器24。多根固定柱10的上端部固定在测量腔体的顶盖4上，上隔板11、下隔板13、上固定板15和下固定板19依次由上而下分别与固定柱10相对固定。导电柱21的上部与上隔板11和下隔板13相对固定，导电柱21通过导线与穿过支柱3的电缆导芯1相连通。导电圆板14与上固定板15相对固定，导电圆板14与导电柱21相连通。上电极支柱16、上电极22、下电极25和下电极支柱20依次由上而下同轴安装后固定在上固定板15和下固定板19之间，上电极支柱16的端部与导电圆板14相连通，被测电介质材料24置于上电极22和下电极25之间。加热片17与下隔板13、上固定板15和下固定板19相对固定。温度传感器24固定在下电极25上。弹簧18套装在下电极支柱20上。

本发明测量装置中，电缆导芯1用于直流高电压的引入，塑料支柱3起到绝缘和支撑的作用，测温和控温引线、热刺激电流信号和直流高电压均通过顶盖4。真空插头6用于引入测控温度和电加热片的电源引线，密封圈8用于保证测量装置腔体内的真空，真空保温桶9用于盛装液氮以迅速冷却测量装置。上隔板11和下隔板13用于防止测量装置腔体内部热流动，一方面起到保温作用，另一方面抑制干扰信号的产生，液氮12用于迅速冷却测量装置，导电圆板，14用于将直流高电压引到多个上电极。加热片17用于线性均匀加热测量腔体，弹簧18用于产生一个向上的压力，使试样与电极之间紧密接触。

以下结合附图，详细介绍本发明提出的测量装置的工作过程：

首先将多个电介质材料试样23放置在上电极22和下电极25之间，微调上固定板15与下固定板19之间的平行度，以保证与各个试样相对应的弹簧18产生的弹力一致。然后将测量腔体顶盖4放置好，拧紧螺钉7，保证密封圈8的真空密封效果。通过抽真空阀门5对测量腔体内抽真空，直到测量腔内达到一定真空度。将下电极支柱20连接着热刺激电流信号线的一端，信号线的另一端连接到顶盖4上的真空插头6的针芯上。同时将直流高电压连接到电缆导芯1上，直流高电压将依次通过电缆导芯1、导电柱21、导电圆板14、上电极支柱16和上电极22后，施加到电介质材料试样23上、下两侧。施加一定时间的直流高电压，随后在真空保温桶9里加入液氮12，使测量装置腔体内部温度迅速下降直至设定的冷却温度。然后停止施加直流高电压，使电缆导芯1和真空插头6的露在空气中的针芯短路。短路两分钟后，将电缆导芯1直接接地，同时利用微电流计依次轮流测量由真空插头6引出的多通道热刺激电流信号。此时，对电加热片17施加直流电压进行线性升温，从而在线性升温的过程中，电介质试样内部被不同陷阱深度所捕获的电荷会依次释放出来，形成大小不同的热刺激电流，并通过真空插头引出，被外部的微电流计所测量记录。

本发明提出的用于电介质材料的多通道热刺激电流测量装置，可以同时对多个电介质材料试样进行测试，每一个试样都有单独的加压电极、测温系统、热刺激电流信号测量通道。通过外部的微电流计可以实现依次轮流对各通道试样的热刺激电流进行测量。加压、降温、升温和热刺激电流测量过程，测量腔体里均为真空状态，最大程度保证了同一批次各个试样实验条件的一致性。同时，各个通道均考虑了干扰信号屏蔽，保证了微电流计测量的精度，提高了实验效率，加快了实验进度，同时还大幅减少了实验消耗（如液氮等）。

Claims (1)

1.一种用于电介质材料的多通道热刺激电流测量装置，其特征在于该装置包括真空保温桶和测量腔体，所述的测量腔体置于真空保温桶内，测量腔体与真空保温桶之间装有液氮；所述的测量腔体上设有顶盖，顶盖与测量腔体之间设有密封圈，顶盖和测量腔体通过螺钉固定，顶盖上设有支柱、抽真空阀门和真空插头，支柱内设有电缆导芯，电缆导芯通过上、下密封块固定在支柱内；测量腔体内设有多根固定柱、上隔板、下隔板、导电柱、导电圆板，上固定板、下固定板、上电极、下电极、上电极支柱、下电极支柱、加热片、弹簧和温度传感器；所述的多根固定柱的上端部固定在测量腔体的顶盖上，所述的上隔板、下隔板、上固定板和下固定板依次由上而下分别与固定柱相对固定；所述的导电柱的上部与上隔板和下隔板相对固定，导电柱通过导线与穿过支柱的电缆导芯相连通；所述的导电圆板与上固定板相对固定，导电圆板与所述的导电柱相连通；所述的上电极支柱、上电极、下电极和下电极支柱依次由上而下同轴安装后固定在上固定板和下固定板之间，上电极支柱的端部与导电圆板相连通，被测电介质材料置于上电极和下电极之间；所述的加热片与下隔板、上固定板和下固定板相对固定；所述的温度传感器固定在下电极上；所述的弹簧套装在下电极支柱上；多个电介质材料试样放置在上电极和下电极之间，微调上固定板与下固定板之间的平行度，以保证与各个试样相对应的弹簧产生的弹力一致，将测量腔体顶盖放置好，拧紧螺钉，保证密封圈的真空密封效果，通过抽真空阀门对测量腔体内抽真空，将下电极支柱连接着热刺激电流信号线的一端，信号线的另一端连接到顶盖上的真空插头的针芯上，将直流高电压连接到电缆导芯上，直流高电压将依次通过电缆导芯、导电柱、导电圆板、上电极支柱和上电极后，施加到电介质材料试样上、下两侧，施加一定时间的直流高电压，随后在真空保温桶里加入液氮，使测量装置腔体内部温度迅速下降直至设定的冷却温度，停止施加直流高电压，使电缆导芯和真空插头的露在空气中的针芯短路，短路两分钟后，将电缆导芯直接接地，同时利用微电流计依次轮流测量由真空插头引出的多通道热刺激电流信号，此时，对电加热片施加直流电压进行线性升温，从而在线性升温的过程中，电介质试样内部被不同陷阱深度所捕获的电荷会依次释放出来，形成大小不同的热刺激电流，并通过真空插头引出，被外部的微电流计所测量记录。